Informe de Laboratorio Transferencia de Calor Por Conduccion

Informe de Laboratorio De Física II

Tema Transferencia de Calor por Conducción

Presentado por: Alexander Galván

Universidad Autónoma Del Caribe Abril 16 de 2012 Dpto. de Ciencias Básicas

Introducción La transferencia de calor es un proceso, en el cual se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes

temperaturas. Esta se debe realizar por tres métodos diferentes; conducción, convección y radiación, estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, pero puede ocurrir que unos de los mecanismos predomine sobre otros. En esta experiencia se tratará el tema de la conducción, la cual ocurre en los sólidos; se cree que es debido al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando hay una diferencia de temperatura. De aquí que los buenos conductores eléctricos son buenos conductores del calor.

Objetivos 

Observar el fenómeno de transferencia de calor por conducción a través de una pared compuesta de dos placas diferentes.

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Determinar el flujo de calor a través de una pared compuesta por dos placas mediante modelos matemáticos incluidos en el software. Determinar el flujo de calor a través de una sola placa. Observar cual de las placas estudiadas conduce mejor el calor.

Equipos y Materiales   

Cámara para mediciones calorimétricas con caja aislante Fuente de tensión de 12V Sondas térmicas

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Sensor de temperatura Termo acumulador de aluminio Placa de icopor Placa de poliestireno Placa de cartón enyesado Placa de virutas de madera aglomerado Placas de aluminio lacadas en negro por un lado Placas de aluminio sin lacar Calentador de placas Plaquitas de contacto de aluminio para colocar en las entalladuras circulares Gancho de montaje para sacar los materiales murales de la abertura de la cámara de medición Cables de conexión negros Adaptador Interface Cassy Cable USB

Marco Teórico Transferencia de Calor

Intercambio de energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.

El calor se transfiere mediante Convecci ón

Transferenci a de calor por el intercambio de moléculas frías y calientes.

Conducci ón

Transferenci a de calor a través de un objeto sólido.

Radiación

Transferencia de calor por radiación electromagné tica (generalment e infrarroja).

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado). El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.

Hipótesis

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La placa de poliestireno conduce mejor el calor

Montaje

En la siguiente experiencia se puede determinar el flujo de calor a través de una sola placa o puede conformar una pared compuesta por dos placas y también determinar ese flujo.   

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Monte el calentador de placas en el par de bornes que posee la cámara térmica en su parte interna. Conecte la cámara térmica a la fuente de tensión de 12 voltios, utilizando el par de cables negro. Escoger la placa de poliestireno. Inicialmente se coloca la lámina de aluminio lacada en negro con este lado hacia la fuente de calor. Dentro de la cámara térmica, luego se coloca la placa de poliestireno, previamente a esta se le han colocado las plaquitas de aluminio en las entalladuras circulares que esta tiene, con el fin de obtener un buen contacto térmico entre la placa de aluminio y la placa de poliestireno. Introduzca una de las sondas por el canal de medición que se encuentra, a un costado de la caja térmica entre la placa de aluminio y la placa de poliestireno, tratando de que la punta de la sonda pase por el canal que posee la placa de poliestireno y llegue a la entalladura circular que esta tiene. Introduzca una segunda sonda por el siguiente canal teniendo en cuenta las recomendaciones anteriormente anotadas. Coloque la otra placa de aluminio enfrente de la placa de poliestireno con el lado negro afuera. Encienda la fuente e inicie la experiencia. Repita el mismo procedimiento utilizando la placa de cartón enyesado y la placa de virutas de madera. En el caso de que quiera conformar una pared compuesta por dos placas, debe seguir los pasos descritos anteriormente para la primera placa, pero entre la primera placa y la segunda debe colocar una lámina de aluminio sin lacrar en introducir una sonda entre estas. En este caso se deben utilizar tres sondas. Una al inicio de la primera placa una, intermedio entre las placas en estudio y una al final.

Realización de la Experiencia     

Introduzca los parámetros y fórmulas necesarios para determinar la rapidez de calor a través de las placas. En visualizar parámetros de medición escoja entre 10 y 15 minutos para cada una de las placas a tratar con un intervalo de 1 minuto. Haga click en el reloj para iniciar las mediciones. Cuando haga el cambio de placa deje reposar la cámara térmica tratando de que llegue nuevamente a la temperatura de ambiente. Tenga la precaución de no permitir que la temperatura en la cámara pase de 60°C.

Confrontación En la práctica de laboratorio se llevó a cabo el calentamiento por conducción de tres diferentes materiales, con el fin de calcular cuales de los materiales conducía mejor el calor, y Según los datos obtenidos y la graficas nos indica que la placa que mejor conduce el calor es la de Polietileno ya que fue él, el que presento mayor conducción de calor

Resultados de las Medidas 1. ¿Cuál de los materiales conduce mejor el calor según los datos obtenidos en la experiencia? R/= Según la experiencia obtenida en el laboratorio el material que conduce mejor el calor Según los datos obtenidos y la graficas nos indica que la placa que mejor conduce el calor es la de Polietileno.

2. Defina el concepto de conductividad térmica.

La conductividad térmica es una propiedad intrínseca de los materiales que valora la capacidad de conducir el calor a través de ellos. El valor de la conductividad varía en función de la temperatura a la que se encuentra la substancia, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 K con el objeto de poder comparar unos elementos con otros. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases(a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a través de electrones libres) y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fi bra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos. Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado 3. Los esquimales acostumbran a protegerse del frío construyendo

refugios de hielo. ¿Es posible esto? Si. Totalmente. Eso se explica por la Transferencia de Calor. La transferencia de calor de los cuerpos puede ocurrir de 3 posibles formas: Conducción (en un mismo cuerpo de la parte más caliente hacia la mas fría), Radiación (Por fotones que viajan en el espacio) y Convección, que ocurre por el movimiento de un fluido circundante a rededor de un generador de calor, teniendo como efecto la disminución de su temperatura. Esto es lo que ocurre cuando tenemos calor y colocamos un ventilador para refrescarnos. Igual ocurre con los refugios de hielo, disminuyes la transferencia de calor por convección. Haciendo que a la larga el aire dentro del refugio se mantenga caliente por la temperatura corporal.

El aire pasando por el cuerpo es determinante en la disminución de la temperatura de éste.

Gráficas Tabla de datos

Conclusión Con los resultados se comprueba que la transferencia de calor por conducción es un proceso mediante el cual fluye el calor desde una región de alta temperatura a una región de baja temperatura dentro de un medio o entre medios diferentes en contacto físico directo. Los valores de conductividad térmica dependen del material y de la temperatura. Un material será mejor conductor de calor mientras mayor sea su la conductividad del mismo. Debido a que se comprobaron los valores de temperatura, se observa que existe un estado estacionario ya que en la misma no se observó variación con respecto al tiempo. Con los resultados de las gráficas obtenidos se comprobó que la transferencia de calor es mejor a menor longitud.